(57)【要約】【課題】波長板や偏光子などの光学素子を使用しないで被検光学系の偏光光学特性を従来よりも単純に計測する方法に関する。【解決手段】被検光学系に複数の異なる偏光状態の光を照射し、前記被検光学系の複屈折量Ｒと進相軸φを含む偏光光学特性を計測する方法であって、前記被検光学系に方位θの前記光を照射し、前記被検光学系を透過した前記光の重心量Ｐを取得するステップと、Ｐ＝−Ｒ・ｃｏｓ（２θ―φ）又はＲ・ｃｏｓ（２θ―φ）から前記複屈折量Ｒと前記進相軸φを取得するステップとを有することを特徴とする方法を提供する。【選択図】図２６
2007198896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系に複数の異なる偏光状態の光を照射し、前記被検光学系の複屈折量Ｒと進相軸φを含む偏光光学特性を計測する方法であって、
前記被検光学系に方位θの前記光を照射し、前記被検光学系を透過した前記光の重心量Ｐを取得するステップと、
Ｐ＝−Ｒ・ｃｏｓ（２θ―φ）又はＲ・ｃｏｓ（２θ―φ）から前記複屈折量Ｒと前記進相軸φを取得するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複屈折量Ｒと進相軸φを取得するステップは、ｎを整数とし、前記被検光学系のジョーンズ行列の固有ベクトルの一対の直交する方向の要素の位相差をｎπと近似することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記偏光光学特性は次式で定義されるジョーンズ行列Ｍを更に含み、
前記方法は、異なる２つの偏光状態の前記光を前記被検光学系に照射した場合の透過率Ａ及びＡ’を計測することによって前記ジョーンズ行列Ｍを取得するステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
2007198896.tif 000050
【請求項４】
被検光学系に複数の異なる偏光状態の光を照射し、前記被検光学系の偏光光学特性を計測する方法であって、
前記被検光学系のジョーンズ行列の固有ベクトルを直線偏光と近似計算した結果から得られる前記偏光光学特性の値と前記被検光学系の前記偏光光学特性の実測値との関係を取得するステップと、
前記被検光学系の複屈折により分かれた前記光の２つの光線のそれぞれの位相と光強度で決定される前記光の重心量を取得するステップと、
前記重心量と前記関係に基づいて前記偏光光学特性を算出するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項５】
前記関係は１対１の比例関係であることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記被検光学系は複屈折量が３０度以下であることを特徴とする請求項１又は４記載の方法。
【請求項７】
前記光の偏光方位を回転するステップを更に有することを特徴とする請求項１又は４記載の方法。
【請求項８】
前記光の重心量を取得するステップは、点回折干渉法、シェアリング干渉法又はハルトマン法を利用することを特徴とする請求項１又は４記載の方法。
【請求項９】
前記被検光学系は露光装置の投影光学系であり、請求項１又は４に記載の方法によって計測された前記偏光光学特性に基づいて調整されたことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項８記載の露光装置を利用して被露光体を露光するステップと、
露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光学系の偏光光学特性を計測する計測方法に関する。本発明は、例えば、投影露光装置の投影光学系の偏光光学特性（複屈折量、進相軸及びジョーンズ行列）の計測に好適である。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いて微細な半導体デバイスを製造する際、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（又はマスク）に形成されたパターンを、投影光学系を介して、ウェハ等の被処理体に転写する。かかる露光装置は、レチクル上のパターンを、所定の倍率で正確に被処理体に転写することが要求されるため、結像性能のよい投影光学系を用いることが重要である。また、結像性能を向上させるため偏光照明も使用されるようになってきた。そこで、投影光学系の偏光光学特性を高精度に測定する需要が存在する。なお、生産性や経済性を高めるためには計測の単純化も重要である。
【０００３】
複屈折は通常はある厚さの試料を光が通過した後の位相差を測定し、それを試料の厚さで規格化することで求められる。以下、この量を「複屈折量又はリターダンス」という。また、リターダンスに加えて投影光学系の進相軸やジョーンズ行列を取得することも重要である。
【０００４】
リターダンスの典型的な計測法であるセナルモン法は１／４波長板と偏光子を組み合わせて試料透過後の楕円偏光を直線偏光に戻して楕円率と楕円主軸の方向を決定し、楕円偏光解析することでリターダンスを求める。回転検光子（偏光子）・位相子法などの強度からリターダンスを求める方法も１／４波長板と偏光子を使用する。光ヘテロダイン干渉法では１／２波長板と偏光子とを使用してリターダンスを求める。
【０００５】
従来技術としては、例えば、特許文献１及び２、非特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００４−６１５１５号公報
【特許文献２】特開平１１−０５４４１１号公報
【非特許文献１】Ｙａｓｕｙｕｋｉ  Ｕｎｎｏ  ‘Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｉｍａｇｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ’  １  Ｊｕｌｙ  ２０００／Ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．１９／ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のリターダンス（偏光解析）計測では１／２波長板や１／４波長板、偏光子・検光子などの光学素子を利用していた。本来複雑なシステムにこれらの光学素子を組み込むことは設計的負荷が大きくコストアップを招く。
【０００７】
本発明は、波長板や偏光子などの光学素子を使用しないで被検光学系の偏光光学特性を従来よりも単純に計測する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての計測方法は、被検光学系に複数の異なる偏光状態の光を照射し、前記被検光学系の複屈折量Ｒと進相軸φを含む偏光光学特性を計測する方法であって、前記被検光学系に方位θの前記光を照射し、前記被検光学系を透過した前記光の重心量Ｐを取得するステップと、Ｐ＝−Ｒ・ｃｏｓ（２θ―φ）又はＲ・ｃｏｓ（２θ―φ）から前記複屈折量Ｒと前記進相軸φを取得するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の側面としての計測方法は、被検光学系に複数の異なる偏光状態の光を照射し、前記被検光学系の偏光光学特性を計測する方法であって、前記被検光学系のジョーンズ行列の固有ベクトルを直線偏光と近似計算した結果から得られる前記偏光光学特性の値と前記被検光学系の前記偏光光学特性の実測値との関係を取得するステップと、前記被検光学系の複屈折により分かれた前記光の２つの光線のそれぞれの位相と光強度で決定される前記光の重心量を取得するステップと、前記重心量と前記関係に基づいて前記偏光光学特性を算出するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
前記被検光学系は露光装置の投影光学系であり、上述の計測方法によって計測された前記偏光光学特性に基づいて調整されたことを特徴とする露光装置も本発明の一側面を構成する。本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、波長板や偏光子などの光学素子を使用しないで被検光学系の偏光光学特性を従来よりも単純に計測する方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施例は、被検光学系に複数の異なる偏光状態の光を照射することで観測されるそれぞれの偏光照射ごとの観測光を、光学素子等による特定の偏光方向の光抽出を行うことなく得られた光情報を評価することで、近似的に被観測物の偏光光学特性を解析する。ここで、「光情報」とは複屈折により分かれた２つの光線それぞれの位相と光強度で決定される光の重心量であり、これから近似的に偏光光学特性を算出する。
【００１４】
理想的な透過率１００％のレンズは対角なユニタリ行列である。そしてその主軸に回転を与える行列Ｒｏｔ（θ）とＲｏｔ（−θ）を挟み込んで掛けてやれば、１枚の理想レンズをジョーンズ行列で表現することができる。ジョーンズ行列は偏光計算を行なう上で一般に使用される便利な行列である。光をジョーンズベクトルという偏光した光だけで記述し（通常ＸＹ平面内で偏光を記述する場合２×１行列）、それに対し同じく試料又は光学素子を偏光表記した２×２行列で表すことで、演算を単純化できる。
【００１５】
先の行列式に戻ってＲｏｔ行列もまたユニタリなため両者の積はやはりユニタリとなる。次に露光装置などにおける投影光学系全体のジョーンズ行列を考える。露光装置の投影光学系は多くのレンズで構成されている。従って、ジョーンズ行列は、１枚レンズのジョーンズ行列をレンズ枚数又はレンズ面数分掛け合わせて数式１に示すように、表現することができる。
【００１６】
【数１】
2007198896.tif 000003
【００１７】
ここで、Ｒはリターダンス、θはＭ’の主軸と入射偏光方位のなす角、ｊはレンズ番号である。
【００１８】
数式１は２×２の行列を［（１，１），（１，２）；（２，１），（２，２）］と表記している。明らかにジョーンズ行列Ｍ’もユニタリ行列である（非特許文献１）。
【００１９】
実際のレンズでは透過率が僅かながら落ちるため、投影光学系全体の透過率は波長や硝材にも依るが数％〜数１０％のオーダーで低下する。従って、実際の投影光学系のジョーンズ行列は数式２で示され、ユニタリ行列ではなくなるとも考えられる。ここで、Ａ，Ａ’は実数又は透過率である。
【００２０】
【数２】
2007198896.tif 000004
【００２１】
しかし、投影光学系は高透過率で複屈折量も小さく抑えられ、理想レンズに近いと考えられるため、数式２のジョーンズ行列Ｍ”の特性も未だユニタリ性を持つとみなせる。実際にＭ”を解析するとＭ”には２つの固有ベクトルが存在し、それらはほぼ等しい長さを持ったベクトルであるが、互いに共役な関係ではなくほぼ直交することがわかった。解析は数式３の固有値問題を解くことで行った。
【００２２】
【数３】
2007198896.tif 000005
【００２３】
数式３より固有ベクトルＸの要素である２つのベクトルを直交するようにとる。そこで、この２つの固有ベクトルの方向について、その関係を複素座標系でπずれた関係であると仮定して以下の検討を行った。
【００２４】
【数４】
2007198896.tif 000006
【００２５】
【数５】
2007198896.tif 000007
【００２６】
【数６】
2007198896.tif 000008
【００２７】
【数７】
2007198896.tif 000009
【００２８】
【数８】
2007198896.tif 000010
【００２９】
数式８は後程述べるξ＝ｎπ、ｎは整数という条件より成り立つ。
【００３０】
ここで、Ｍは被検光学系のジョーンズ行列、Ｘは固有ベクトル、Ｌは固有値、
Ａ，Ａ’は実数，Ｅｘ，Ｅｙは実数の単位ベクトルの要素、ξはＥｘとＥｙの位相差である。
【００３１】
被検光学系Ｓに方位θの直線偏光を入射させ、透過後の光をＥ’とすると次式で表される。
【００３２】
【数９】
2007198896.tif 000011
【００３３】
次に、２つの固有ベクトルＸの大きさＥｘ、Ｅｙを等しくしたことから
2007198896.tif 000012
【００３４】
とすると数式９は数式１０のようになる。
【００３５】
【数１０】
2007198896.tif 000013
【００３６】
数式１１によって数式１０を書き直すと数式１２及び１３のようになる。
【００３７】
【数１１】
2007198896.tif 000014
【００３８】
【数１２】
2007198896.tif 000015
【００３９】
【数１３】
2007198896.tif 000016
【００４０】
ここで、数式１４及び１５を仮定する。
【００４１】
【数１４】
2007198896.tif 000017
【００４２】
【数１５】
2007198896.tif 000018
【００４３】
すると、数式１４は数式１６のようになる。
【００４４】
【数１６】
2007198896.tif 000019
【００４５】
ここで、ユニタリ性の調査を行った。調査はレンズの透過率が劣化しない理想的な状態のものを仮定して１個の光学素子の複屈折量を１°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°それぞれの条件の範囲内で一様分布発生させた。各光学素子の主軸を２πの範囲内で同じく一様分布発生させた。この条件で３０個の光学素子全体のジョーンズ行列を計算し、固有値問題として先のジョーンズ行列を解き、固有ベクトルを求め更にξについて調査を行った。結果を図２７に示す。
【００４６】
ここで、縦軸はξがｎπ±１０°よりも小さい割合を表し、横軸は複屈折量を表す。同図に示すように、複屈折量が小さい場合（例えば、３０°以内）、ξはほぼｎπ（ｎは整数）に収束する。３０°を超えるといきなりξはｎπ±１０°より外れた値を多くとるようになる。投影光学系は複屈折量を限界まで抑えて製造されており、その量は１枚のレンズ当たり１〜２°であるため、ξの取る値を数式１７のようにｎπとみなして問題ない。
【００４７】
【数１７】
2007198896.tif 000020
【００４８】
数式１７により、数式１６は以下のようになる。
【００４９】
【数１８】
2007198896.tif 000021
【００５０】
【数１９】
2007198896.tif 000022
【００５１】
同様に、
【００５２】
【数２０】
2007198896.tif 000023
【００５３】
ここで、
【００５４】
【数２１】
2007198896.tif 000024
【００５５】
【数２２】
2007198896.tif 000025
【００５６】
【数２３】
2007198896.tif 000026
【００５７】
Ｐｘ，Ｐｙは被検光学系Ｓを通過した後のＸ偏光、Ｙ偏光それぞれの位相変化である。従来の偏光計測では偏光子を使用すれば、それらＸ偏光、Ｙ偏光だけを抽出可能である。しかしながら偏光子のような光学素子をシステム内に組み込むことが容易でないことから、従来の収差計測系で前記計測を行なえばＰｘ，Ｐｙが足しあわされた状態で計測することになる。この時Ｘ偏光、Ｙ偏光それぞれの光束の強度が同じであれば単純に計測される値はＰｘとＰｙの平均値と考えられる。ところがこれらＸ偏光、Ｙ偏光それぞれの光束の強度が等しくない場合、次のような光重心を計測すると予想できる。
【００５８】
【数２４】
2007198896.tif 000027
【００５９】
ここで、Ｐは重心、ｌｘはＸ偏光の光強度、ＩｙはＹ偏光の光強度である。
【００６０】
すると、次式が成立する。
【００６１】
【数２５】
2007198896.tif 000028
【００６２】
同様に、
【００６３】
【数２６】
2007198896.tif 000029
【００６４】
よって、次式が成立する。
【００６５】
【数２７】
2007198896.tif 000030
【００６６】
ここで、数式２８及び数式２９を仮定すると、数式２７は数式３０のようになる。
【００６７】
【数２８】
2007198896.tif 000031
【００６８】
【数２９】
2007198896.tif 000032
【００６９】
【数３０】
2007198896.tif 000033
【００７０】
ここで、数式３１からφは固有ベクトルＸから求められた被検光学系Ｓの進相軸といえる。
【００７１】
【数３１】
2007198896.tif 000034
【００７２】
更に、ｋについて調べると固有ベクトルＸをストークスパラメータで表すと次式のようになる。
【００７３】
【数３２】
2007198896.tif 000035
【００７４】
【数３３】
2007198896.tif 000036
【００７５】
【数３４】
2007198896.tif 000037
【００７６】
ここで、ｋは係数である。（Ｅｘ，Ｅｙ）を極座標系（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）にとると数式３４は次式に変換される。
【００７７】
【数３５】
2007198896.tif 000038
【００７８】
【数３６】
2007198896.tif 000039
【００７９】
よって、次式が成立する。
【００８０】
【数３７】
2007198896.tif 000040
【００８１】
【数３８】
2007198896.tif 000041
【００８２】
数式１７から
2007198896.tif 000042
【００８３】
（但し、ｎが偶数ならｋ＝１、ｎ奇数ならｋ＝−１）となり、数式３０は数式３９のようになる。
【００８４】
【数３９】
2007198896.tif 000043
【００８５】
数式３９より、重心量Ｐを計測可能な計測系では、複数の異なる方位θの直線偏光を被検光学系Ｓに照射することで、得られた多くの計測量ＰをＦＦＴ解析する。これにより、数式
2007198896.tif 000044
【００８６】
となるような固有ベクトルを持つ被検光学系ＳのリターダンスＲ及び進相軸φを近似的に求めることができる。
【００８７】
次に、近似的に被検光学系Ｓのジョーンズ行列を求める方法について説明する。
【００８８】
【数４０】
2007198896.tif 000045
【００８９】
数式９及び数式４０から、次式が成立する。
【００９０】
【数４１】
2007198896.tif 000046
【００９１】
【数４２】
2007198896.tif 000047
【００９２】
数式１７から数式４３が成立する。
【００９３】
【数４３】
2007198896.tif 000048
【００９４】
透過率Ａ及びＡ’を計測することで次式のｍが求められる。
【００９５】
【数４４】
2007198896.tif 000049
【００９６】
以上の結果を数式４０に代入すれば、近似的に被検光学系Ｓのジョーンズ行列Ｍを求めることができる。
【００９７】
本実施例の検証を下記条件で行なった。数式２において１個の光学素子の複屈折量を±５°の範囲内を一様分布発生させ、各光学素子の主軸を２πの範囲内で同じく一様分布発生させた。透過率Ａについては１個の光学素子につき０．９８５±０．００５の範囲内で同じく一様分布発生させた。透過率Ａ’は１に固定した。この条件で３０個の光学素子全体の被検光学系のジョーンズ行列を計算し、固有値問題として先のジョーンズ行列を解き、固有ベクトル及び固有値を求めた。次いで、これらからリターダンス及び進相軸を求め、それらを理論値とした。計算は市販のＭａｔｌａｂ計算ソフトのライブラリーを使用した。
【００９８】
本実施例の方法に従い、ジョーンズ行列に偏光方位の異なる１０°刻みで直線偏光照明を０°〜１８０°与え、透過した光重心をそれぞれ求め、最小自乗法あるいは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析によりリターダンスと進相軸を算出した。これら２つの結果からリターダンス及び進相軸を相関プロットした結果を図１及び図２に示す。ここではジョーンズ行列の試料１００個の結果を示してある。
【００９９】
図１は、ジョーンズ行列の固有ベクトルの一対の直交する方向の要素の位相差をｎπと近似した場合のリターダンスの値とリターダンスの実測値とが１対１で比例することを示している。図２は、同様にジョーンズ行列の固有ベクトルの一対の直交する方向の要素の位相差をｎπと近似した場合の進相軸の値と進相軸の実測値とがほぼ１対１で比例することを示すグラフである。
【０１００】
図１よりリターダンスは問題なく計測されている。図２の進相軸の結果を見ると、データにばらつきが若干見られる。近似直線から大きくはずれた点はリターダンス量が少ないものであった。このことから進相軸の計測精度はリターダンス量の大きさに比例するものと考えられる。このことは露光機の場合、収差の調整が必要な大きなリターダンスには精度の高い進相軸計測が必要だが、リターダンスが小さければ調整の必要もないため、リターダンス量を正しく測れれば、実質問題は少ない。
【０１０１】
他の例として上記検討を投影光学系の瞳位置と対応させて計算を行なった。結果を図３（ａ）乃至図４（ｂ）に示す。使用したサンプルは瞳内６３×６３個のジョーンズ行列で、実際に露光装置評価用に設計されたものである。図３（ａ）及び図３（ｂ）は投影光学系の瞳内に分布するリターダンス量を色分けしたＭＡＰである。図３（ａ）は理論値であり、図３（ｂ）は本実施例の近似計測方法によって得られた結果である。同様に、図４（ａ）及び図４（ｂ）は投影光学系の瞳内に分布する進相軸を色分けしたＭＡＰである。図４（ａ）は理論値で、図４（ｂ）は本実施例の近似計測方法によって得られた結果である。本結果からも本実施例での偏光解析は露光装置の光学系計測に十分使用可能であると言える。
【０１０２】
重心量Ｐは点回折干渉法、シェアリング干渉法と呼ばれる位相差計測方式やハルトマン法と呼ばれる横ずれ計測方式で計測することができる。
【０１０３】
まず、点回折干渉法を計測系に持つ露光装置における計測方法を図５を参照して説明する。偏光照明ユニット２を持つ照明光学系１から偏光方位０°でピンホールもしくはライン開口を１つ以上持つプレート３に光を照射する。図６に偏光照明ユニット２の詳細図を示す。拡散素子２１で拡散された光は回転可能な偏光子２２と同じく回転可能な波長板を通過することで投影光学系４のＮＡより大きなＮＡを持った任意な偏光状態を作ることができる。ここで、開口３が波長並に小さい場合、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式から導かれる厳密解から、開口が偏光状態を変えてしまうことが知られている。そこで、開口３は照明偏光状態を変えることのないよう開口の大きさや断面形状、膜の材質など考慮される必要がある。開口３を通過した光は理想的な球面波となり、投影光学系４を通過する。そして投影光学系４の波面の影響を受けピンホールもしくはライン開口を１つ以上持つプレート１０を通過する。そうすることで、前記光を２つの光束に分けそれら２つの光束がリレー光学系１１を経由して投影光学系４の瞳とほぼ共役な位置に設けられた検出系１２に干渉縞を形成する。またリレー光学系１１が無くても検出系１２をファーフィールドとみなせる位置に置くことでも可能である。更に照明の偏光方位を回転させて同様に干渉縞を計測することを繰り返し、得られた干渉縞と偏光方位の値から本発明のＦＦＴ解析と同時に前述した偏光解析を処理系４３で行なう。
【０１０４】
点回折干渉計測法には図７及び図９のような形態が挙げられる。図７ではピンホールもしくはライン開口が２つありその大きさが異なるプレート３０がある。それぞれを通過した光束３１と３２は投影光学系４を通過後、ピンホールもしくはライン開口が２つあり大きさが異なるプレート１０を通過する。この時ピンホールプレート３０とピンホールプレート１０は光線３１と３２の強度がプレート１０を通過後等しくなるようピンホールもしくはライン開口の大きさを対応させている。光束３１と３２は等しい投影光学系４の波面情報を持っている。
【０１０５】
しかし、ピンホールプレート１０で小さな開口を通過した一方の光束は球面もしくはシリンドリカルな波面（参照波面）となり、位相情報を無くし、もう一方の大きな開口を通過した光束は位相情報を保持する。そして、それらの光束が干渉を起こす。図９も同様で、１つの開口３を通過した光束は回折格子５により光束３３と３４に分けられこれらが開口３および回折格子５に対応して、２つの大きさが異なる開口１３により干渉を起こす。図９における露光装置の形態を図８に示す。また開口プレート３同様、開口１０、３０、１３も偏光状態を変えない考慮が必要である。
【０１０６】
点回折干渉計測法では検出系１２上に形成した干渉縞の各点はＸ，Ｙ両方の偏光の位相情報が足し合わされている。しかも両偏光の強度は位相波、参照波どちらも投影光学系４の影響を同じように受けるため、強度についても情報を保持したまま干渉していることになり、干渉縞は光重心の情報と等しいと言える。従って、点回折干渉計測系を持つ露光装置で本実施例の計測方法が適用可能である。
【０１０７】
以下、シェアリング干渉法を計測系に持つ露光装置における計測方法を図１０を参照して説明する。照明光学系１から偏光方位０°の直線偏光を開口プレート３に照射する。開口３を通過した光は理想的な球面波となり、投影光学系４の波面情報を持って回折格子１４を通過してリレー光学系１１を経由して投影光学系４の瞳共役位置である検出器１２上に到達する。この際、リレー光学系１１を経由せず、ファーフィールドに検出器１２を配置してもよい。いずれにせよこの場合、回折格子１４が像面位置から離れた場所にあるため、回折格子１４を通過した光は回折され、２つ以上の光束に分かれる。図１１にその様子を示す。
【０１０８】
回折された２つの光束３５と３６は同じ波面情報を保持しているが回折角度に差が生じるためその両者の干渉縞は、自身の波面の差分干渉縞となる。ここで干渉縞のコントラストを上げるため光束３５と３６の強度を等しくされているものとする。（例えば＋１次と−１次回折光を取り出すなどして）このような干渉計測をシェアリング干渉法と呼ぶ。次に照明の偏光方位を回転させて同様に干渉縞を計測することを繰り返し、得られた複数の異なる偏光方位の値と干渉縞からＦＦＴ解析を行なう。
【０１０９】
この場合も、先と同様得られた干渉縞の各点はＸ，Ｙ両方の偏光の位相情報が足し合わされる。また、光束３５と３６の強度はどちらも投影光学系４の影響を同じように受けており、強度についても情報を保持したまま干渉していることになり、干渉縞も光重心の情報と等しいと言える。但し、シェアリング干渉計測の場合、いままでの位相情報の重心とは異なり、差分位相（波面傾き）の重心情報であるため、一度波面再生をして位相変換する必要がある。波面再生を行なうことにより、先と同様な扱いが可能である。但し、差分波面からの波面再生では再生された波面のオフセット分は計算できないため、少なくとも１つ以上の瞳上のリターダンス量と進相軸の情報を別途計測し、加算する必要がある。
【０１１０】
以上から、シェアリング干渉計測系を持つ露光装置で本実施例の計測方法を適用可能である。
【０１１１】
また、開口プレート３と同様に、回折格子１４も偏光状態を変えない考慮が必要である。
【０１１２】
次に、ＩＳＩマスクによるハルトマン法を計測系に持つ露光装置における計測方法を図１２を参照して説明する。先の実施例と同様に、照明光学系１から偏光方位０°の直線偏光をＩＳＩマスク２４に照射する。
【０１１３】
図１３に示すように、ＩＳＩマスクは凸レンズ２５、パターン２６、ピンホール２７を有する。凸レンズ２５は集光可能な光学素子を使用することも可能である。パターン２６は図１４のような格子状でも図１５に示すグリッド形状でもよい。
【０１１４】
マスク２４を通過した光は、投影光学系４を通過する。その際、投影光学系４を通過する際に波面３７の影響を受け光線３８の進行方向が曲がり、結果的に横ずれとなってウェハ２８上で結像する。ウェハ２８には感光材が塗布してあり、現像もしくは潜像でパターン２６の像から横ずれ計測を行なう。フォーカス系１９、ウェハステージ１８、ウェハホルダー１７はウェハ２８を像面位置に送り込むことができる。
【０１１５】
先の実施例と同様に、図１６に示すように、検出系１２に像を再結像させて位置ずれ計測してもよい。次に、照明の偏光方位を回転させて同様に横ずれ量を計測することを繰り返し、得られた複数の異なる偏光方位の値と横ずれ量から本実施例のＦＦＴ解析を行なう。
【０１１６】
この場合も、先と同様に、得られた像の位置はＸ，Ｙ両方の偏光の位相情報が足し合わされている。しかも光束３８の偏光強度は投影光学系４の影響を受けており、強度についても情報を保持したまま結像していることになり、像の位置ずれは光重心の情報と等しいと言える。但し、波面の傾きの重心情報であるため、一度波面再生をして位相変換する必要がある。以上からＩＳＩマスクによるハルトマン法を計測系に持つ露光装置で本実施例による計測方法が適用可能である。また開口プレート２７や凸レンズ２５もしくは同様な性能を持つ光学素子も偏光状態を変えない考慮が必要である。
【０１１７】
それ以外にも図１９のように検出系２９を像面位置でステージ１８を移動させながら空中像強度を計測することで、像の位置ずれを計測する方法でも原理的には差がないため適用可能である。検出系２９は図２０に示したように上部に開口４３を設け、開口４３を通過してきた光量を光量センサー４４で計測する仕組みになっている。
【０１１８】
次に、アレイレンズを使用したハルトマン法を計測系に持つ露光装置における計測方法を図１７を参照して説明する。先の実施例と同様に、照明光学系１から偏光方位０°の直線偏光を開口プレート３に照射する。開口プレート３を通過した光は理想的な球面波となり、投影光学系４を通過する。その際、波面３７の影響を受けた光束３８がマイクロレンズアレイユニット４０を介して検出系１２に到達する。マイクロレンズアレイユニット４０を通過した光束３８は図１８に示すようリレー光学系４１で光束３８を平行光にしてマイクロレンズアレイ４２に導かれる。マイクロレンズアレイ４２は光束３８を検出系１２上に離散的に光を集光させる。この時検出系１２の位置は像面と共役な関係に配置されている。このため検出系１２に結像した離散的なドット像は波面３７の影響を受けて曲げられているため、横ずれを起こす。次に照明の偏光方位を回転させて同様に横ずれ量を計測することを繰り返し、得られた複数の異なる偏光方位の値と横ずれ量から本発明のＦＦＴ解析を行なう。
【０１１９】
この場合も、先と同様得られた像の位置はＸ，Ｙ両方の偏光の位相情報が足し合わされている。しかも光束３８の偏光強度は投影光学系４の影響を受けており、強度についても情報を保持したまま結像していることになり、像の位置ずれは光重心の情報と等しいと言える。但し、波面の傾きの重心情報であるため、一度波面再生をして位相変換する必要がある。以上からアレイレンズを使用したハルトマン法を計測系に持つ露光装置も本実施例の計測方法を適用可能である。
【０１２０】
次に、ＳＰＩＮマスクによるハルトマン法を計測系に持つ露光装置における計測方法を図２１を参照して説明する。先の実施例と同様に、照明光学系１から偏光方位０°の直線偏光をＳＰＩＮマスク７に照射する。図２２に示すようＳＰＩＮマスクは開口に拡散光学素子８、パターン９を有する。パターン９は図２３のようなグリッド形状をしており、更にそのラインは全てＹａｍａｔｏマークと呼ぶ回折光を抑制する特殊なパターンからなっている。マスク７を通過した光は投影光学系４を通過する。その際、投影光学系４を通過する際に波面３７の影響を受け光線３８の進行方向が曲がり、結果的に横ずれとなってウェハ２８上で結像する。ウェハ２８には感光材が塗布してあり、現像もしくは潜像でパターン２６の像から横ずれ計測を行なう。フォーカス系１９、ウェハステージ１８、ウェハホルダ１７はウェハ２８を像面位置に送り込むことができる。
【０１２１】
次に、照明の偏光方位を回転させて同様に横ずれ量を計測することを繰り返し、得られた複数の異なる偏光方位の値と横ずれ量から本発明のＦＦＴ解析を行なう。この場合も、先と同様得られた像の位置はＸ，Ｙ両方の偏光の位相情報が足し合わされている。しかも光束３８の偏光強度は投影光学系４の影響を受けており、強度についても情報を保持したまま結像していることになり、像の位置ずれは光重心の情報と等しいと言える。但し、波面の傾きの重心情報であるため、一度波面再生をして位相変換する必要がある。但し、差分波面からの波面再生では再生された波面のオフセット分は計算できないため、少なくとも１つ以上の瞳上のリターダンス量と進相軸の情報を別途計測し、加算する必要がある。
【０１２２】
以上からＳＰＩＮマスクによるハルトマン法を計測系に持つ露光装置も本実施例の計測方法を適用することができる。
【０１２３】
また拡散光学素子８やＹａｍａｔｏパターン９は偏光状態を変えない考慮が必要である。
【０１２４】
それ以外の応用の一例として、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、偏光子４４の上部に拡散光学素子開口８と下部にＹａｍａｔｏマーク９を配置した偏光モジュール４５を複数個マスクに見立てて４６のように配置する。ここで、図２４（ａ）は図２４（ｂ）の各偏光モジュール４５の概略断面図である。
【０１２５】
その際、各偏光モジュール４５の偏光子４４の主軸を少しずつ回転させておく。この結果、照明光学系１から適当な光を照射することで、偏光ユニット２を介さないでも異なる偏光状態での計測が可能となる。このため、本実施例による計測が可能となる。またモジュール４５の構成は上部開口８や下部パターン９を変更することによりＳＰＩＮ法だけではなく、ＩＳＩ法やその他干渉計測でも使用した開口プレート３に応用可能である。その例を図２５（ａ）及び図２５（ｂ）に示す。また、図２４に示したマスク及び計測用光学部品を用いた点回折干渉法、シェアリング干渉法、各種ハルトマン法による本計測方法は上述と同様である。
【０１２６】
次に、偏光照明露光条件で最適な収差状態に補正可能な露光装置について図２６の計測シーケンスフローをもとに説明する。照明光学系１から偏光方位が０°の直線偏光を照射する（ステップ１００２）。次に、上述の各種計測法により、投影光学系４を透過した光の重心量を計測し、データ処理系４３に保管する（ステップ１００４）。次に、偏光ユニット２を回して、先と異なる偏光方位の照明で計測及び結果の保管を設定された全ての偏光方位に対して繰り返す（ステップ１００６、１００８）。保管された計測結果及びそれぞれに対応する偏光方位の値からデータ処理系４３にて偏光解析及び最適な投影光学系４、レチクルパターン及び照明光学系１の補正量を算出する（ステップ１０１０）。かかる補正量の算出には特許文献２を使用することができる。その後、補正量が露光装置へフィードバックされる（ステップ１０１２）。フィードバックは、例えば、レンズ駆動系２０、偏光照明を制御する照明光学系１の図示しない偏光制御部などによって実行される。
【０１２７】
次に、図２８及び図２９を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図２８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１２８】
図２９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置によってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【０１２９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系を被検光学系としているが、被検光学系は露光装置の投影光学系に限定されるものではなく、数式１７が成立する程度に複屈折量が抑えられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】ジョーンズ行列の固有ベクトルの一対の直交する方向の要素の位相差をｎπと近似した場合のリターダンスの値とリターダンスの実測値とが１対１で比例することを示すグラフである。
【図２】ジョーンズ行列の固有ベクトルの一対の直交する方向の要素の位相差をｎπと近似した場合の進相軸の値と進相軸の実測値とが１対１で比例することを示すグラフである。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、投影光学系の瞳内のリターダンスの分布図である。図３（ａ）は理論値であり、図３（ｂ）は本実施例の近似計測方法の結果である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、投影光学系の瞳内の進相軸の分布図である。図４（ａ）は理論値であり、図４（ｂ）は本実施例の近似計測方法の結果である。
【図５】重心量を点回折干渉計測法で算出するための露光装置の概略ブロック図である。
【図６】図５に示す偏光ユニットの構成を示す概略ブロック図である。
【図７】点回折干渉計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図８】図５とは別の露光装置の概略ブロック図である。
【図９】図８に示す露光装置の点回折干渉計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図１０】重心量をシェアリング干渉計測法で算出するための露光装置の概略ブロック図である。
【図１１】図１０に示す露光装置のシェアリング干渉計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図１２】重心量をＩＳＩ横ずれ計測法で算出するための露光装置の概略ブロック図である。
【図１３】図１２に示す露光装置のＩＳＩ横ずれ計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図１４】図１３に示すＩＳＩマスクパターンを示す概略平面図である。
【図１５】図１３に示す別のＩＳＩマスクパターンを示す概略平面図である。
【図１６】重心量をＩＳＩ横ずれ計測法で算出するための別の露光装置の概略ブロック図である。
【図１７】重心量をハルトマン計測法で算出するための露光装置の概略ブロック図である。
【図１８】図１７に示す露光装置のハルトマン計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図１９】重心量をハルトマン計測法で算出するための別の露光装置の概略ブロック図である。
【図２０】図１９に示す露光装置のハルトマン計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図２１】重心量をＳＰＩＮ計測法で算出するための露光装置の概略ブロック図である。
【図２２】図２１に示す露光装置のＳＰＩＮ計測法を説明するための概略ブロック図である。
【図２３】図２１の被計測マークの概略平面図である。
【図２４】図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は、図２２に示す応用例を示す断面図及び平面図である。
【図２５】図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すマスクをＩＳＩ横ずれ計測法そのほかの計測法に適用可能な構成とした概略断面図である。
【図２６】本実施例の計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図２７】複屈折量が小さい場合に、ジョーンズ行列の固有ベクトルの一対の直交する方向の要素の位相差をｎπと近似できることを示すグラフである。
【図２８】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図２９】図２８に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３１】
４                        投影光学系
【図１】
2007198896.tif 000051
【図２】
2007198896.tif 000052
【図３】
2007198896.tif 000053
【図４】
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【図５】
2007198896.tif 000055
【図６】
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【図７】
2007198896.tif 000057
【図８】
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【図９】
2007198896.tif 000059
【図１０】
2007198896.tif 000060
【図１１】
2007198896.tif 000061
【図１２】
2007198896.tif 000062
【図１３】
2007198896.tif 000063
【図１４】
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【図１５】
2007198896.tif 000065
【図１６】
2007198896.tif 000066
【図１７】
2007198896.tif 000067
【図１８】
2007198896.tif 000068
【図１９】
2007198896.tif 000069
【図２０】
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【図２１】
2007198896.tif 000071
【図２２】
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【図２３】
2007198896.tif 000073
【図２４】
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【図２５】
2007198896.tif 000075
【図２６】
2007198896.tif 000076
【図２７】
2007198896.tif 000077
【図２８】
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【図２９】
2007198896.tif 000079